测绘学报

当期目录

2015年第44卷第4期刊出日期：2015-04-20

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大地测量学与导航

联合使用位模型和地形信息的陆区航空重力向下延拓方法

黄谟涛, 宁津生, 欧阳永忠, 邓凯亮, 翟国君, 陆秀平, 吴太旗

2015, 44(4): 355-362. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130751

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为了规避传统逆Poisson积分向下延拓解算过程的不适定性问题,借鉴导航定位中的“差分”概念,利用超高阶位模型直接计算海域航空重力测量向下延拓改正数的方法.本文在此基础上提出联合使用重力位模型和地形高数据,计算陆部航空重力向下延拓总改正数的改进方案,以飞行高度面与地面对应点的位模型差分信息表征总改正数的中长波分量,以相对应的局部地形改正差分修正量表征总改正数的中高频成分,从而实现航空重力数据点对点向地面的全频段延拓.在地形变化不同区域,联合使用EGM2008位模型、地面实测重力和高分辨率高程数据进行了实际数值计算和精度评估,验证了该方法的有效性.

高度计测距精度对沿轨迹重力异常反演的影响

李洋, 张润宁

2015, 44(4): 363-369. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140022

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应用求解沿轨迹重力异常的垂线偏差法以及求解空间分辨率的交叉谱分析法,建立了高度计测距精度与沿轨迹重力异常反演精度以及空间分辨率的关联性模型.首先依据卫星测高原理,给出了沿轨迹重力异常的误差传播公式,然后以此为基础通过推导交叉谱分析中一致性系数与信噪比的数学表达式,建立了高度计测距精度与空间分辨率的解析关系.数值仿真结果表明:雷达高度计测距精度与沿轨迹重力异常反演精度成正比关系,与空间分辨率成幂函数关系,即高度计测距精度提高m倍,沿轨迹重力异常反演精度提高m倍,全球海域平均空间分辨率提高m^0.4644倍.将数值仿真结果与相关文献中对实际测高数据的处理结果进行比较,验证了理论分析及模型的正确性.

卫星激光反射器质心改正的概率模型

赵群河, 王小亚, 何冰, 张忠萍, 陈婉珍, 陈宏宇, 蒋虎, 胡小工

2015, 44(4): 370-376. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130338

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卫星激光测距通过测量激光脉冲在地面观测站和卫星之间的往返时间来计算卫星到测站的距离.激光反射器位置到卫星质心的距离即质心改正(CoM)需要精确标定,以提高卫星测距精度.卫星激光反射器的质心改正误差主要由角反射器分布效应引起,质心改正与激光束的入射角、角反射器排列结构和地面测距站位置有关.卫星角反射器对光子的反射概率与反射器的有效雷达截面积成正比,本文对角反射器的有效雷达截面面积进行拟合,建立以入射角为随机变量的概率模型,计算了球形LAGEOS-1/2的质心改正值,基于长期观测数据使用不同质心改正值进行了精密定轨,分析了其加权残差变化.同时,对BeiDou-M3的角反射器为平面阵列的情况进行了讨论,计算了质心改正值,用一个月的数据进行精密定轨.试验结果表明,基于概率理论的模型在精密轨道中与国际激光测距服务(ILRS)公布的结果相当,说明概率模型适用于球型卫星或非球型卫星.

北斗区域导航系统的PPP精度分析

朱永兴, 冯来平, 贾小林, 张清华, 阮仁桂

2015, 44(4): 377-383. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140082

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北斗卫星导航系统的开放运行为其在高精度领域的应用提供了可能,系统精密单点定位性能受到了极大关注.本文首先介绍了北斗区域导航系统的星座和BDS/GPS跟踪网,分析了基于国内布站定轨的北斗卫星精密轨道和钟差精度.在此基础上研究了北斗区域导航系统静态、动态精密单点定位精度,并与GPS定位结果进行比较.实测算例表明:北斗精密单点定位可以实现静态厘米级、动态分米级的定位精度,达到目前GPS 精密单点定位水平.

神经网络辅助的GPS/INS组合导航自适应UKF算法

谭兴龙, 王坚, 赵长胜

2015, 44(4): 384-391. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140216

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GPS/INS组合导航非线性系统最优估计算法中,基于统计信息和假设检验理论的多渐消因子自适应滤波算法的应用前提条件是残差向量为高斯白噪声.本文针对观测异常会影响残差向量的数字特性分布,提出了一种神经网络辅助的多重渐消因子自适应SVD-UKF算法.该算法采用神经网络算法削弱观测异常对残差序列高斯白噪声分布特性的影响,利用奇异值分解抑制UKF中先验协方差矩阵负定性变化,同时构造多重渐消因子对预测状态协方差阵进行调整,使得不同的滤波通道具有不同的调节能力,高效地应用于多变量复杂系统.最后利用车载实测数据进行了验证.结果表明,神经网络算法极大削弱了观测粗差对残差序列高斯白噪声分布特性的影响,拓展了多重渐消因子的应用范围,使其能在观测值含有粗差的条件下自适应调节不同滤波通道,消除滤波状态中的异常,提高组合导航解的精度和可靠性.

高性能原子钟钟差建模及其在精密单点定位中的应用

张小红, 陈兴汉, 郭斐

2015, 44(4): 392-398. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140287

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鉴于当前许多IGS跟踪站均配置有高性能原子钟的现状,本文首先采用修正Allan方差法分析了不同IGS跟踪站的接收机钟随机噪声的时域特性,进而评估了不同类型接收机的短期稳定度及钟差建模的可行性,然后利用IGS站配有氢原子钟的观测数据,在精密单点定位算法中,通过对钟差参数进行短时建模约束接收机钟差的随机变化,进而改进精密单点定位(PPP)的定位性能.试验结果表明钟差建模方法显著降低了高程分量参数、天顶对流层延迟参数与接收机钟差参数之间的相关性,GNSS高程分量的精度可提高50%.该方法对于提升PPP技术在地壳形变监测、低轨卫星定轨、水汽监测及预报等高精度GNSS地学领域的应用水平具有一定意义.

摄影测量学与遥感

利用多光谱影像检测资源三号卫星平台震颤

朱映, 王密, 潘俊, 胡芬

2015, 44(4): 399-406. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140024

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卫星平台震颤是影响高分辨率卫星成像质量的因素之一,会引起影像模糊和内部畸变.本文从资源三号卫星多光谱相机的成像特点和多光谱影像配准误差影响因素入手,理论推导和仿真分析了卫星平台震颤对配准误差的影响规律,在此基础上提出了基于多光谱影像高精度密集匹配的平台震颤检测方法和流程,最后利用不同波段、不同时间的成像数据进行试验.试验结果表明资源三号卫星在试验数据成像阶段存在约0.6Hz的平台震颤,且垂轨方向震颤幅值大于沿轨方向,同时引起波段间相同频率周期性配准误差.检测结果为进一步提高资源三号处理精度提供了可能,也为卫星平台震颤源的分析和优化卫星平台设计提供了重要参考依据.

从灾后机载激光点云自动检测损毁房屋的等高线簇分析方法

何美章, 朱庆, 杜志强, 张叶廷, 胡翰, 林月冠, 齐华

2015, 44(4): 407-413. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130785

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利用灾后机载激光扫描点云的地震损毁房屋检测方法主要针对平面屋顶房屋,从局部分析屋顶的平面特征,导致只能有效检测屋顶严重破碎的损毁房屋.为此本文提出了一种等高线簇相似分析的地震损毁房屋检测方法,充分挖掘房屋等高线簇蕴含的房屋表面形状丰富的二维和三维信息,利用等高线簇形状相似度的归一化信息熵从整体上综合描述损毁房屋的损毁特征,并利用最大熵模型自动检测损毁房屋.采用2010年4月El Mayor-Cucapah地震断裂带激光点云数据进行了试验,证明本文提出的方法能快速、准确、可靠地检测损毁房屋.

一种具有仿射不变性的倾斜影像快速匹配方法

肖雄武, 郭丙轩, 李德仁, 赵霞, 江万寿, 胡翰, 张春森

2015, 44(4): 414-421. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140048

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提出了一种较为快速且具有仿射不变性的倾斜影像匹配方法.通过估算影像的相机轴定向参数计算出初始仿射矩阵,通过逆仿射变换得到纠正影像,对纠正影像进行SIFT匹配.首先利用比值提纯法(NNDR)、归一化互相关(NCC)测度约束和左右一致性检验得到粗匹配点对,由粗匹配点对利用RANSAC方法计算出基本矩阵F和单应矩阵H.匹配时,匹配策略采用最邻近匹配,并利用极线约束、单应矩阵约束、NCC测度约束和主方向差值一致性约束剔除误匹配.通过对三组典型的倾斜影像数据进行试验,试验表明该方法匹配准确率高,匹配点对较为密集、均匀,且效率较高.

多视影像相对方位关系误判检测的置信传播算法

卢俊, 张保明, 郭海涛, 张宏伟

2015, 44(4): 422-430. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140255

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场景模糊或者不同场景中的重复纹理会导致影像匹配时产生大量的误匹配点,从而得到误判的相对方位关系.本文引入概率推论方法,提出了一种改进的误判相对方位关系检测算法,利用回路闭合约束构建了基于影像间相对方位关系的贝叶斯网络,推导了贝叶斯网络中的先验概率模型,并利用置信传播算法解算了贝叶斯网络中最大后验概率的求解问题.试验结果表明,利用本文提出的全局一致性约束方法可以有效检测影像间误判的相对方位关系,改善场景重建的结果,并且具有很高的计算效率.

球形标靶的固定式扫描大点云自动定向方法

姚吉利, 马宁, 贾象阳, 徐广鹏, 谢建春

2015, 44(4): 431-437. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130357

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根据目前地面激光扫描数据获取速度快、数据量大、测量距离远、专用特殊材料制作的标靶识别距离近、点云定向数据处理相对滞后、自动化程度低、不能适应远距离地形测量的现状,提出了从大点云中(每站1亿点以上)自动探测远距离标靶的点云定向方法.该方法首先根据标靶控制点的工程测量坐标信息,搜索到标靶所在点云环,然后对各点云环进行扇形分区,快速探测标靶,获取标靶中心扫描坐标,最后平差计算扫描仪位置参数和姿态参数,实现点云坐标到工程测量坐标的转换.该方法在普通配置的计算机上得到实现,并成功用于远距离山区地形测量,其中定向标靶半径0.162m,标靶到扫描站距离在180～700m之间.

地图学与地理信息

复合面状对象拓扑关系的表达模型

陈占龙, 冯齐奇, 吴信才

2015, 44(4): 438-444. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130708

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为表达复合面状对象间的细节拓扑关系,对经典9-交集模型进行了改进,给出两种基于分解思想的9-交集模型,其中分解成简单区域的9-交集模型方法相对简单,但表现形式繁琐;分解成点集的9-交集模型的表现形式符合经典9-交集模型,但计算较为复杂.通过示例比较了两种扩展9-交集模型及经典9-交集模型的表达能力.结果表明,两种扩展交集模型均能准确地表达出复合面状对象各子部分之间的拓扑关系的细节,扩充了9-交集模型的表达能力.

引入结点度的线/面拓扑关系细分方法与应用

周晓光, 陈斐, 陈军

2015, 44(4): 445-452. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140138

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针对线/面细分拓扑关系研究存在的不足,提出了一种基于结点度的线/面细分拓扑关系描述与计算方法.该方法在定义线/面单元交线并分析其特点的基础上,引入结点度来区分线/面单元交线细分类型.根据单元交线端点在线/面目标组成图形结构中结点度的不同,及线目标在度为3和4的交线端点处是否有相连线段、相连线段位于多边形的边界上、内部或外部4个谓词推导出了21种有意义的线/面交线细分拓扑关系类型.在此基础上分析比较了本文方法与现有方法的异同与优势,举例说明本文方法在复杂线/面细分拓扑关系描述中的应用.最后用Visual C#语言编程实现了该方法,并将其应用到线状道路/面状河流目标间的数据质量检查与修正中,验证可行性.

道路网层次骨架控制的道路选取方法

何海威, 钱海忠, 刘海龙, 王骁, 胡慧明

2015, 44(4): 453-461. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20130787

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提出了基于路网层次骨架控制的道路自动选取方法.首先,该方法以stroke为单位,利用中介中心性值对stroke进行层次结构划分;其次,采用结构特征识别完善道路层次骨架;第三,基于层次骨架间的连通关系建立逐层传递的stroke重要性计算模型;最后,通过该计算模型自上而下的逐层计算,得到stroke重要性,并据此完成道路网选取.采用3种典型道路网数据,对本方法与其他主要常规stroke选取方法进行对比,试验结果表明本方法不但对语义的依赖性极低,同时消除了中介中心性在评价道路重要性时对边缘道路的不利影响,在保持道路网整体结构和层次性上有较为明显的优势,可适用于各种形态的道路网选取.

应用人工免疫算法快速规划3D TF/TA²航线

刘丽峰, 杨飞, 张树清, 孔维华, 王殷行

2015, 44(4): 462-470. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20120523

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针对复杂环境下单(双)机TF/TA²飞行路径规划问题,提出了满足飞机可飞性和可操作性的人工免疫算法飞行航线规划方法;设计了综合3D威胁信息的惩罚函数(亲和力函数);构建了包含动态、静态威胁及不可飞区域的综合威胁模型.据此,设计了不同威胁度环境下的单、双飞行航线,并将人工免疫算法规划的航线与遗传算法进行比较.结果表明,在简单威胁环境下,遗传算法规划时间短、路径较长;在复杂环境下,遗传算法的单机规划失败率极高(大于95%),双机规划失败.人工免疫算法能够为单(双)机规划出一条最优及多条待选飞行航线.

博士论文摘要

工业零件形状与尺寸高精度视觉测量方法研究

郭宝云

2015, (4): 471-471. doi:10.11947/j.AGCS.2015.20140457

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